[发明专利]低温共沉淀法合成超薄稀土层状Ln2(OH)5NO3·nH2O纳米片的方法

说明书

 

技术领域

本发明属于材料科学领域，特别涉及低温共沉淀法合成超薄稀土层状Ln₂(OH)₅ NO₃·nH₂O纳米片的方法。

背景技术

通式为Ln₈(OH)₂₀(A^m-)_4/m·yH₂O或Ln₂(OH)₅(A^m-)_1/m·(y/4)H₂O（Ln：镧系元素；A：电荷平衡阴离子；m=1~3；y=6~7）的稀土层状氢氧化物（Layered rare-earth hydroxide，LRH）具有阴离子交换性和可剥离性，可与多种有机、无机阴离子进行交换，并可通过离子交换、插层柱撑、机械扰动等步骤将LRH剥离成一个或几个层板厚度的纳米片。

一般认为厚度≤10nm的纳米片为超薄纳米片。目前合成LRH的方法主要有水热合成法和均匀沉淀法，这两种方法所得层状化合物的片层较厚（30~300nm），需后续剥离才能获得超薄纳米片，并且这两种方法所需温度较高（100~200^oC），反应时间较长（12h~48h）。此外，采用上述两种方法只能合成离子半径较小（Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er 和Y）的稀土层状氢氧化物纯相，而无法合成出离子半径较大（La，Pr，Nd）的稀土层状氢氧化物纯相。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种低温条件下共沉淀合成超薄（3~10nm）稀土层状氢氧化物Ln₂(OH)₅ NO₃·nH₂O（Ln= Pr，Nd，Sm，Eu， Gd，Tb，Dy，Ho，Er 和Y；n=1.30~2.00）纳米片的方法。

本发明的具体操作步骤为：

（1）将浓度为0.1~0.5 mol/L的Ln的硝酸盐溶液作为母液，冷却到4~5℃，将已冷却至4~5℃、浓度为0.25~1mol/L的氢氧化铵溶液逐滴滴入硝酸盐母液中，直到溶液pH值至7.50~9.00，得到悬浮液，在4~5℃保温陈化1~2h；

（2）将步骤（1）所得悬浮液离心分离，将所得沉淀用去离子水清洗，再用酒精清洗，于70oC烘干得到粉末状Ln₂(OH)₅ NO₃·nH₂O超薄稀土层状氢氧化物纳米片。

其中，所述的Ln为Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er 或Y，n=1.30~2.00。

本发明的特点和有益效果在于：

在稀土层状氢氧化物层状结构中，层板作为密排面是低能面，故层状化合物晶体倾向于向二维方向生长而降低表面能；而层板沿c-轴方向的堆垛需要较高的激活能，由于低温条件不能满足层状化合物沿c-轴方向生长的激活能，故阻止了层板沿c-轴方向的堆垛；因而低温条件下可得到超薄的层状化合物。本发明在低温条件下实现共沉淀，工艺操作简单，耗时少，并能合成离子半径较小（Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er 和Y）和离子半径较大（Pr，Nd）的稀土层状氢氧化物纯相。

附图说明

图1为通过水热合成法在不同温度下所得Y₂(OH)₅NO₃·nH₂O的SEM形貌；

图2为本发明实施例1获得的Y₂(OH)₅NO₃·nH₂O的热重量测定图；

图3为本发明实施例1获得的Y₂(OH)₅NO₃·nH₂O的超薄稀土层状氢氧化物纳米片的（a）TEM形貌和(b) XRD图谱；